Một số lỗ đen là bất cứ thứ gì trừ màu đen — và các nhà khoa học đã tìm thấy 75,000 lỗ trong số những lỗ sáng nhất

Khi những ngôi sao nặng nhất chết đi, chúng sụp đổ để tạo thành một số vật thể đặc nhất được biết đến trong vũ trụ: lỗ đen. Chúng là những vật thể “tối nhất” trong vũ trụ, vì ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát khỏi lực hấp dẫn cực kỳ mạnh của chúng.

Do đó, không thể chụp ảnh trực tiếp các lỗ đen, khiến chúng trở nên bí ẩn và khá khó hiểu. Nhưng của chúng tôi nghiên cứu mới đã thử nghiệm một cách để phát hiện một số lỗ đen tham ăn nhất, giúp dễ dàng tìm thấy chúng bị chôn sâu trong lòng các thiên hà xa xôi.

Mặc dù tên, không phải tất cả lỗ đen có màu đen. Mặc dù các lỗ đen có nhiều kích cỡ khác nhau, nhưng những lỗ đen lớn nhất nằm ở trung tâm của các thiên hà và vẫn đang tăng kích thước.

Những lỗ đen “siêu nặng” này có thể có khối lượng lên tới một tỷ mặt trời. Hố đen ở trung tâm Dải Ngân hà của chúng ta—được gọi là Sagittarius A*, khám phá của nó đã nhận được giải thưởng Giải thưởng Nobel 2020 Vật lý—khá bình tĩnh. Nhưng đó không phải là trường hợp của tất cả các lỗ đen siêu lớn.

Nếu vật chất như khí, bụi hoặc sao đến quá gần lỗ đen, nó sẽ bị hút vào bởi lực hấp dẫn khổng lồ. Khi rơi về phía lỗ đen, nó nóng lên và trở nên cực kỳ sáng.

Ánh sáng do những “lỗ đen sáng” này tạo ra có thể bao phủ toàn bộ quang phổ điện từ, từ tia X đến sóng vô tuyến. Tên gọi khác của ánh sáng lỗ đen ở trung tâm của các thiên hà là “hạt nhân thiên hà đang hoạt động” hay AGN. Chúng có thể tỏa sáng gấp hàng nghìn tỷ lần so với mặt trời và đôi khi thậm chí có thể tỏa sáng hơn tất cả các ngôi sao trong thiên hà của nó.

Những lỗ đen sáng nhất

Một số AGN phun ra vật chất một cách dữ dội thông qua một máy bay phản lực, di chuyển hàng triệu km trong không gian và có thể được nhìn thấy bằng kính viễn vọng vô tuyến. Những người khác tạo ra "gió" ở trung tâm thiên hà, có khả năng đẩy bất kỳ loại khí nào (nhiên liệu cần thiết để hình thành sao) ra khỏi thiên hà.

Với những lực hủy diệt như vậy ở giữa một thiên hà, các nhà thiên văn học chắc chắn rằng điều này phải có tác động lớn đến chính thiên hà. Chúng ta biết hầu hết các thiên hà đang dần dần tắt quá trình hình thành sao của họ, và AGN có thể là một trong những thủ phạm.

Do đó, AGN không chỉ có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các lỗ đen khó nắm bắt mà việc nghiên cứu chúng còn dạy chúng ta về bản thân các thiên hà.

Tìm lỗ đen sáng

Tùy thuộc vào mức độ “ăn” của một lỗ đen, nó nằm trong thiên hà nào và góc mà chúng ta có thể nhìn thấy nó, AGN có thể trông rất khác nhau. Ngay cả khi nhìn vào cùng một thiên hà, một nhà thiên văn học với kính viễn vọng tia X có thể thấy nó phát sáng và phát hiện ra AGN, trong khi một nhà thiên văn học khác sử dụng kính viễn vọng vô tuyến có thể không nhìn thấy gì nếu AGN không tạo ra các tia có thể nhìn thấy trong quang phổ vô tuyến.

Do đó, người ta cho rằng chúng đều là những vật thể khác nhau, nhưng bằng cách quan sát cùng một vật thể bằng các kính viễn vọng khác nhau, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra chúng có nhiều điểm tương đồng và nhận ra lợi ích của việc sử dụng nhiều phổ điện từ hơn để tìm thấy chúng.

Độ sáng tương đối của một thiên hà trên các phần khác nhau của quang phổ điện từ được gọi là “sự phân bố năng lượng quang phổ” của nó. Điều này có thể được sử dụng để đo có bao nhiêu ngôi sao trong một thiên hà, chúng bao nhiêu tuổi, cấu tạo của chúng và bao nhiêu bụi đang cản ánh sáng.

Trong nghiên cứu của chúng tôi, công bố in Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia, chúng tôi cho thấy rằng kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng để phát hiện AGN. Điều này có nghĩa là giờ đây chúng ta có thể đo lường không chỉ các tính chất và lịch sử của các ngôi sao trong thiên hà mà còn cả độ sáng của lỗ đen trung tâm của nó.

Nó không phải là một điều đơn giản để làm. Sự khác biệt giữa ánh sáng của các ngôi sao và ánh sáng từ AGN là vô cùng nhỏ, vì vậy có thể nhầm lẫn các ngôi sao trẻ với một lỗ đen sáng và ngược lại.

Ở Australia, các nhà thiên văn học đã sử dụng kính thiên văn Úc để tạo bản đồ 3D của các thiên hà trong các mảng cụ thể trên bầu trời. Những bản đồ này cho phép chúng ta rà soát hàng trăm nghìn thiên hà, trải qua 11 tỷ năm lịch sử, để tìm AGN khả thi.

Bằng cách áp dụng phương pháp mới của mình cho 700,000 thiên hà, chúng tôi đã xác định và định lượng hơn 75,000 AGN để bắt đầu hiểu số lượng của chúng đã phát triển như thế nào theo thời gian và cách chúng tác động đến các thiên hà chủ của chúng. Các nhà thiên văn học cho rằng số lượng AGN trong vũ trụ có liên quan đến số lượng hình thành sao, mà chúng ta biết là cao hơn gần 10 lần vào khoảng XNUMX tỷ năm trước. Nhưng cho đến khi chúng ta có thể chắc chắn rằng chúng ta đã xác định được tất cả AGN xuyên thời gian vũ trụ trong các mẫu thiên hà của chúng ta, chúng ta sẽ không biết chắc chắn.

Hiện tại, cộng đồng thiên văn học vẫn đang tranh luận sôi nổi về bản chất của các lỗ đen đang hoạt động. Mặc dù chúng ta chưa trả lời được những câu hỏi cần thiết để xoa dịu cuộc tranh luận, nhưng chúng ta đang tiến một bước gần hơn đến khả năng phát hiện những vật thể hấp dẫn này trong các thiên hà một cách đáng tin cậy. Và đó là một bước quan trọng để làm sáng tỏ thêm bí ẩn về lỗ đen.

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Ảnh: NASA/CXC/CfA/R.Kraft và cộng sự., CC BY-SA

Nguồn: https://singularityhub.com/2021/12/31/some-black-holes-are-anything-but-black-and-scientists-found-75000-of-the-brightest-ones/